申请日2011.01.13
公开(公告)日2011.08.24
IPC分类号C02F9/14; A23K1/00; C02F103/20; C02F3/32; C02F3/30
摘要
本发明涉及环保技术、微藻养殖及加工领域，具体地说是一种畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于包括以下步骤：污水经格栅进入酸化调节池，经酸化处理后的污水进入厌氧生化反应器处理后进入好氧生化反应器;经好氧生化处理后的沼液进入沉淀池沉淀，上层清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并由超滤膜过滤，产生的超滤清液经消毒、中和后进入光生物反应器，在光生物反应器中加入藻种进行微藻养殖，从光生物反应器中排出藻液进入絮凝沉淀池;经絮凝沉淀后上部的清液作中水回用，底部的浓缩藻液进入过滤机，分离出的微藻浆进入发酵/酶解罐(池)经发酵/酶解后作饲料添加剂，本发明具有经济适用度高、零排放等优点。
权利要求书
1.畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、畜禽养殖污水厌氧-好氧处理
a、冲洗畜禽圈舍产生的粪水及畜禽排泄的尿液汇入畜禽养殖场的污水总管后，经格栅除去较大漂浮物等机械杂质后进入酸化调节池，调节污水水量、水质、pH值，在酸化调节池的后部加入后续厌氧生化反应器前部产生的部分活性污泥浆，将污水中的长链、大分子有机物分解为短链、小分子有机物，提高畜禽养殖污水的可生化性;
b、用固液分离机把粪渣从污水中分离出来做堆肥，经酸化处理后的污水进入厌氧生化反应器中进行厌氧生化处理，厌氧生化反应器中产生的沼气收集到贮气罐;
c、将厌氧生化反应器处理后产生的沼液加入到好氧生化反应器中进行好氧生化处理，进一步降低沼液的BOD、COD，并把沼液中的氨氮转化为容易被微藻吸收的硝酸盐或亚硝酸盐，同时消除沼液的异味;
2)、用膜生物反应器、光生物反应器把沼液净化成中水
a、经好氧生化处理后的沼液进入沉淀池沉淀，底部的污泥浆收集于污泥贮池中，用板框压滤机压滤后的污泥可做堆肥，滤液返回到厌氧生化反应器继续处理;
b、沉淀池中的上层清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并经膜生物反应器中的超滤膜过滤去除各种微细悬浮物和细菌，膜生物反应器产生的污泥定期排放回沉淀池或补充到好氧生化反应器作活性污泥;
c、经膜生物反应器中的超滤膜过滤产生的超滤清液收集于消毒池中，加入消毒剂消毒，然后加入中和剂中和消毒液后进入到光生物反应器中作为微藻培养主要的氮源与磷源，在光生物反应器中加入藻种和少量必要的营养盐，并通入沼气燃烧后产生的二氧化碳废气，进行封闭式光自养高密度养殖微藻，同时用微藻吸收培养液中的氮磷及锌、铜等重金属元素;
d、经过一个微藻生长周期后从光生物反应器中排出藻液进入到絮凝沉淀池中，在池中加入絮凝剂沉淀，上部清液收集于中水池中用作回用中水;
3)、用微藻生产饲料添加剂并配制畜禽日粮
a、从絮凝沉淀池底部流出的浓缩藻液用泵加压后进入过滤机，过滤出的滤液也收集于中水池中用作回用中水;
b、经过过滤机分离出的微藻浆直接进入发酵/酶解罐(池)，加入经活化的菌种和复合酶进行发酵/酶解后，成为优质的微藻饲料添加剂;
c、把微藻饲料添加剂与未添加锌、铜等重金属元素的畜禽常规饲料一起加入配料机中混合，配制成畜禽日粮。
2.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的厌氧生化反应器可采用普通厌氧消化池或升流式厌氧污泥床反应器(UASB)或内循环厌氧反应器(IC)或膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)或外循环厌氧反应器(EC)或升流式厌氧固体反应器(USR)或厌氧折流板反应器(ABR)或升流式厌氧污泥床-滤层反应器(UBF)或厌氧生物滤池(AF)或厌氧复合反应器(AHR)或厌氧序批间歇式反应器(ASBR)或厌氧膨胀床反应器(AEBR)或厌氧流化床反应器(AFBR)或厌氧推流式固定床反应器或厌氧生物转盘(ARBC)或厌氧升流式流化床反应器(UFB Biobed)或厌氧复合床反应器(AF+UASB)或垂直折流厌氧污泥床反应器。
3.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的好氧生化反应器可采用活性污泥曝气池或曝气生物滤池或好氧生物滤池或生物接触氧化池或氧化沟或氧化塘或CASS好氧生化池或SBR反应池或好氧生物流化床或滴滤床或好氧生物转盘。
4.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的膜生物反应器可采用高分子膜生物反应器或陶瓷膜生物反应器。
5.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的光生物反应器为可采用管道式光生物反应器或平板式光生物反应器或柱状气升式光生物反应器或立式吊袋或封闭式环形浅池。
6.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的消毒剂为次氯酸钠或臭氧或二氧化氯或紫外线，所述的中和剂采用硫代硫酸钠。
7.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的微藻选取淡水微藻中的绿藻或金藻或硅藻或蓝藻或红藻，可采用含蛋白质高的小球藻或斜生栅藻或螺旋藻。
8.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的絮凝剂为对畜禽无害的微生物絮凝剂或天然高分子絮凝剂，可采用壳聚糖絮凝剂。
9.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的菌种可采用乳酸杆菌或产朊假丝酵母或芽孢杆菌。
10.如权利要求1所述的畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于所述的复合酶可采用纤维素酶或蛋白酶或脂肪酶复合酶。
说明书
畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法
[技术领域]
本发明涉环保技术、微藻养殖及加工领域，具体地说是一种畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法。
[背景技术]
水体富营养化是指氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。水体富营养化制约了湖泊流域地区经济和社会可持续发展，已成为全球性严重的生态环境问题之一。畜禽养殖粪便与冲洗污水的排放是造成水体富营养化的主要原因之一。据统计，2007年畜禽粪污化学需氧量(COD)排放量达到1268.3万吨，占全国COD总排放量的41.9%。畜禽养殖排放的大量废水，大多未经妥善回收利用与处理、处置即直接排放，对环境造成了严重的污染。然而，畜禽粪便既是污染源，也是一种可以开发利用的资源。在畜禽粪便资源中，大中型养殖场的粪便更便于集中开发和规模化利用。中国主要的畜禽是猪、牛和鸡，目前我国大中型猪、牛、鸡场约6000多家，每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨，全国每年粪便污水资源量达3亿吨。
国内外畜禽养殖污水处理模式主要有还田模式、自然处理模式和工业化处理模式。还田模式既可有效处置污染物，又能将其中有用的营养成分循环于土壤-植物生态系统中，家庭分散户饲养畜禽的粪便污水处理均采用该法。自然处理模式主要采用氧化塘、沙土渗滤系统或人工湿地等自然处理系统对养殖场粪便污水进行处理，适用于距城市较远、气温较高且土地宽广，有滩涂、荒地、林地或低洼地可作污水自然处理系统的经济欠发达地区，且要求养殖场规模为中等水平。工业化处理模式包括厌氧处理、好氧处理以及厌氧-好氧等不同组合处理系统。对那些地处经济发达的大城市近郊、土地紧张且无足够农田消纳粪便污水或进行自然处理的大规模养殖场，采用工业化处理模式净化处理畜禽粪便污水为宜。随着城市化进程的加快，城市人口的迅速膨胀和高度集中，对畜禽产品的需求极度增长，为方便运输、加工和销售，畜禽养殖场大多设在城市近郊，因此，畜禽养殖污水的工厂化处理模式越来越广泛地被采用。
由于畜禽养殖污水属高浓度有机废水，氮、磷含量高，硝化/反硝化过程碳源不足，采用工厂化处理模式往往是COD能达标，而氮、磷则难以达标，出水中仍含有较多的氮、磷等营养物质，容易引起水体富营养化。目前常用的SBR、厌氧氨氧化技术，通过硝化菌的作用，将氨氮经硝化转化为亚硝态氮、硝态氮，然后再利用反硝化菌将硝态氮转化为氮气，来达到从废水中脱氮目的，然而这种方式直接导致了氮肥的流失;而除磷的手段更是非常有限，除磷效果很不理想。另外，目前畜禽养殖污水经处理后的水质标准只是达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)，而很难达到中水标准如《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》(GB/T 18921-2002)，因此，常规工厂化处理后的畜禽养殖污水很少被畜禽养殖场回用。
随着规模化养殖场的快速发展，在饲料中添加锌、铜等重金属元素较为普遍，例如，使用高铜作为猪的促生长饲料添加剂也已相当普遍。适当重金属元素能改善畜禽的生长性能，为畜禽生产带来良好的生长效益。然而，高剂量重金属饲料添加剂的大部分重金属会随畜禽粪便排出体外，例如，进入畜禽体内90%的铜和90%～95%的锌从粪便中排出，直接导致畜禽粪便及养殖场污水中的重金属含量严重超标。据报道，中国每年在饲料中使用的重金属元素添加剂为15～18万吨，其中大约有10万吨重金属未被利用而排出畜禽体外。当农田长期灌溉养殖场污水或沼液，重金属元素在土壤中会产生积累，从而对土壤性质产生一定的负面影响，如抑制作物生长发育、降低作物产量与品质;而作物也可能过多吸收土壤中的重金属元素，被动物和人类食用后，最终将危害动物和人类的健康。
[发明内容]
本发明的目的是解决目前畜禽养殖污水处理中常规工艺难以解决的脱氮、除磷、去重金属等共性问题，利用厌氧生化技术处理畜禽养殖污水，产生沼气进行供热，再对污水进行好氧处理后，调配成培养液，并通入沼气燃烧后产生的二氧化碳废气养殖微藻，而微藻在生长过程中可大量吸收畜禽养殖污水中的氮、磷等营养盐及锌、铜等重金属元素。
为了实现上述目的，本发明设计一种畜禽养殖污水用于生产饲料添加剂及净化成中水的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、畜禽养殖污水厌氧-好氧处理
a、冲洗畜禽圈舍产生的粪水及畜禽排泄的尿液汇入畜禽养殖场的污水总管后，经格栅除去较大漂浮物等机械杂质后进入酸化调节池，调节污水水量、水质、pH值，在酸化调节池的后部加入后续厌氧生化反应器前部产生的部分活性污泥浆，将污水中的长链、大分子有机物分解为短链、小分子有机物，提高畜禽养殖污水的可生化性;
b、用固液分离机把粪渣从污水中分离出来做堆肥，经酸化处理后的污水进入厌氧生化反应器中进行厌氧生化处理，厌氧生化反应器中产生的沼气收集到贮气罐;
c、将厌氧生化反应器处理后产生的沼液加入到好氧生化反应器中进行好氧生化处理，进一步降低沼液的BOD、COD，并把沼液中的氨氮转化为容易被微藻吸收的硝酸盐或亚硝酸盐，同时消除沼液的异味;
2)、用膜生物反应器、光生物反应器把沼液净化成中水
a、经好氧生化处理后的沼液进入沉淀池沉淀，底部的污泥浆收集于污泥贮池中，用板框压滤机压滤后的污泥可做堆肥，滤液返回到厌氧生化反应器继续处理;
b、沉淀池中的上层清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并经膜生物反应器中的超滤膜过滤去除各种微细悬浮物和细菌，膜生物反应器产生的污泥定期排放回沉淀池或补充到好氧生化反应器作活性污泥;
c、经膜生物反应器中的超滤膜过滤产生的超滤清液收集于消毒池中，加入消毒剂消毒，然后加入中和剂中和消毒液后进入到光生物反应器中作为微藻培养主要的氮源与磷源，在光生物反应器中加入藻种和少量必要的营养盐，并通入沼气燃烧后产生的二氧化碳废气，进行封闭式光自养高密度养殖微藻，同时用微藻吸收培养液中的氮磷及锌、铜等重金属元素;
d、经过一个微藻生长周期后从光生物反应器中排出藻液进入到絮凝沉淀池中，在池中加入絮凝剂沉淀，上部清液收集于中水池中用作回用中水;
3)、用微藻生产饲料添加剂并配制畜禽日粮
a、从絮凝沉淀池底部流出的浓缩藻液用泵加压后进入过滤机，过滤出的滤液也收集于中水池中用作回用中水;
b、经过过滤机分离出的微藻浆进入发酵/酶解罐(池)，加入经活化的菌种和复合酶进行发酵/酶解后，成为优质的微藻饲料添加剂;
c、把微藻饲料添加剂与未添加锌、铜等重金属元素的畜禽常规饲料一起加入配料机中混合，配制成畜禽日粮。
所述的厌氧生化反应器可采用普通厌氧消化池或升流式厌氧污泥床反应器(UASB)或内循环厌氧反应器(IC)或膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)或外循环厌氧反应器(EC)或升流式厌氧固体反应器(USR)或厌氧折流板反应器(ABR)或升流式厌氧污泥床-滤层反应器(UBF)或厌氧生物滤池(AF)或厌氧复合反应器(AHR)或厌氧序批间歇式反应器(ASBR)或厌氧膨胀床反应器(AEBR)或厌氧流化床反应器(AFBR)或厌氧推流式固定床反应器或厌氧生物转盘(ARBC)或厌氧升流式流化床反应器(UFB Biobed)或厌氧复合床反应器(AF+UASB)或垂直折流厌氧污泥床反应器。
所述的好氧生化反应器可采用活性污泥曝气池或曝气生物滤池或好氧生物滤池或生物接触氧化池或氧化沟或氧化塘或CASS好氧生化池或SBR反应池或好氧生物流化床或滴滤床或好氧生物转盘。
所述的膜生物反应器可采用高分子膜生物反应器或陶瓷膜生物反应器。
所述的光生物反应器为可采用管道式光生物反应器或平板式光生物反应器或柱状气升式光生物反应器或立式吊袋或封闭式环形浅池。
所述的消毒剂为次氯酸钠或臭氧或二氧化氯或紫外线，所述的中和剂采用硫代硫酸钠。
所述的微藻选取淡水微藻中的绿藻或金藻或硅藻或蓝藻或红藻，可采用含蛋白质高的小球藻或斜生栅藻或螺旋藻。
所述的絮凝剂为对畜禽无害的微生物絮凝剂或天然高分子絮凝剂，可采用壳聚糖絮凝剂。
所述的菌种可采用乳酸杆菌或产朊假丝酵母或芽孢杆菌。
所述的复合酶可采用纤维素酶或蛋白酶或脂肪酶复合酶。
本发明与现有技术相比，其优点在于打破了传统的治污理念，在高效治污的同时生产高附加值产品，并实现了畜禽养殖中饲料营养成分及水资源的循环利用，在常规的畜禽养殖污水的工厂化处理模式中引进养殖微藻并深度处理污水，充分发挥了经济微藻的高营养价值、对氮磷的吸收作用、对重金属离子的富集能力。具体方法是在现有常规厌氧-好氧处理工艺后，串接膜生物反应器进一步降低BOD和COD，同时去除污水中的絮状微细污泥及细菌，继而以超滤后的氮磷污水养殖经济微藻，并把微藻加工成优质饲料添加剂，再用于饲养畜禽，能有效解决饲料蛋白源短缺问题，同时可降低养殖成本及抗生素用量、重金属元素添加量，提高畜禽产品的肉质;而污水则进一步净化成中水，可用于冲洗畜禽养殖的圈舍等，节约水资源。
本发明还具有如下优点：
①畜禽养殖污水在常规厌氧-好氧生化处理后，再串接膜生物反应器、光生物反应器作深度处理，去除微细悬浮物、氮磷和重金属离子后成为中水并回用，既实现了养殖污水的零排放，又大幅度降低了畜禽养殖的用水量;
②解决了畜禽养殖污水脱氮除磷的难题，通过养殖微藻吸收氮磷元素，并把微藻加工成饲料添加剂供畜禽循环利用，从而摈弃了传统的硝化/反硝化脱氮方式导致氮营养流失，以及聚磷沉淀脱磷产生污泥的二次污染问题;
③解决了畜禽养殖污水去除重金属离子的难题，通过养殖微藻强吸附与吸收重金属元素，并把微藻加工成饲料添加剂供畜禽循环利用，既避免了畜禽养殖污水的重金属污染，又降低了因在饲料中添加重金属元素而增加的养殖成本;
④利用畜禽养殖场利用率普遍不足的沼气，为养藻提供二氧化碳原料和保温热量，充分发挥沼气的利用价值，并降低了畜禽养殖过程中的碳排放;
⑤用畜禽养殖污水养殖的微藻未经干燥，直接经发酵/酶解工序生产出饲料添加剂，并及时配制成畜禽日粮喂饲畜禽，避免了常规微藻生产过程中制成微藻干粉的巨大干燥能耗;
⑥微藻饲料添加剂在畜禽养殖场当地生产、当地使用，节省了传统饲料添加剂从生产企业到畜禽养殖场的运输成本。